Fájl rendszer (implementáció) Fájl rendszer struktúra Allokációs módszerek Szabad hely kezelése Directory implementáció Helyreállítás

Nyíregyházi Főiskola Matematika és Informatika Intézete

10

Fájl rendszer (implementáció)  Fájl rendszer struktúra  Allokációs módszerek  Szabad hely kezelése  Directory implementáció  Helyreállítás

Dr. Bajalinov Erik

Operációs rendszerek (PMB1206)

1


10

Fájl rendszer struktúra A fájl rendszer rétegekből (layers) áll, ezek a következők:

-

Alkalmazói programok: A fájl létrehozásával, olvasásával, módosításával kapcsolatos igények forrása.

-

Logikai fájl rendszer: A fájljegyzék (directory) felhasználásával, a fájl nevéből kiindulva ez határozza meg a szükséges információkat a szervezési modul számára. Felelős a fájl védelméért.

Dr. Bajalinov Erik


2


10

-

Fájl szervezési modul: Ez ismeri és implementálja a kapcsolatot a logikai és fizikai rekordok között. Ismerve a fájl szervezési módját és allokációját a logikai rekord címeket fizikai blokkokra történő hivatkozássá alakítja. Adminisztrálja a szabad helyeket.

-

Alap fájl rendszer: Ez alakítja ki és adja ki a megfelelő device drivernek a megfelelő magas szintű parancsot egy blokk írására és olvasására. Cilinder, sáv, szektor logikában "gondolkodik".

-

I/O vezérlés: Device driverek, megszakítási kezelők (interrupt handlers)

Ezek a modulok inputja viszonylag magas szintű utasításokból (pl. "read block B8A0") áll, az outputja pedig alacsony szintű, hardver specifikus bitképletekből áll (ezek a "portokba" kerülnek). -

Fizikai berendezés: Különböző I/O eszközök: floppy, merevlemezek, SSD-megjatók, CD/DVD-lemezek, kártyák, pen-drivek, stb.



Dr. Bajalinov Erik


3


10

Fájl megnyitás és lezárás: Dos/Windows: OS rendszerben (egy) és processzus szintű (több) Open File Table (OFT),

Egy tipikus fájl vezérlő blokk (File Control Block) ahol ACL- Access Control List Dr. Bajalinov Erik


4


10

UNIX: OFT (apps.)+OFT(OS) + INODE (Index-NODE rövidítése) bejegyzésekből álló tábla (ILIST). Az INODE egy bejegyzés egy információs táblán (i-list). Minden fájlnak egyedi saját INODE-ja van. Maga a tábla pedig OS szintű.

Dr. Bajalinov Erik


5


10

Az INODE írja le egy fájl lemezen való elhelyezkedését, a fájl tulajdonosát, a hozzáférési jogosultságokat és időket. Minden fájl egy és csak is egy INODE-dal rendelkezik. A Linux ext2 fájlrendszerében az INODE a következő információkat tartalmazza:  Tulajdonosazonosító.  Csoporttulajdonos-azonosító.  Típus: közönséges fájl, katalógus, karakter vagy blokk eszközmeghajtó, csővezeték, szimbolikus link.  Hozzáférési jogok. A hozzáférési jogok három osztályba sorolhatók: a tulajdonos, a tulajdonos csoporttársa és bárki más jogai. Mindhárom osztályra megadható írási, olvasási és végrehajtási jog. Katalógusok esetén a végrehajtási jog a katalógusban való keresési jogot jelent.  A fájl utolsó módosításának és hozzáférésének időpontja  A fájlhoz tartozó nevek (link-ek) száma.  A fájl mérete.  A fájl által elfoglalt lemezblokkok táblázata.  A fájl törlésének időpontja. Stb.

Dr. Bajalinov Erik


6


10

UNIX file rendszer logikai felépítése

Dr. Bajalinov Erik


7


10

Fájl rendszer mountolás What is meant by mounting a drive? Before your computer can use any kind of storage device (such as a hard drive, CD-ROM, or network share), you or your operating system must make it accessible through the computer's file system. This process is called mounting. You can access only files on mounted media.

Tehát: a 'mountolás' egy adathordozó logikai illesztése a (fájl-) rendszerbe. Csak a sikeres mountolás után válnak elérhetővé a rajta lévő adatok (fájlok). Mountolás példa:

+

=

Felismert adathordozó

Dr. Bajalinov Erik


8


10

Allokációs módszerek Folytonos (folyamatos) (Contiguous Allocation)  A fájl egy folytonos fizikai blokk sorozatot foglal el.  Hozzáférés egyszerű és gyors HDD esetén (a sáv folytonosan olvasható a forgó lemezről).  Növekvő méretű fájloknak a helyfoglalás problémás: Milyen méretű szabad helyet allokáljunk? Új fájlok számára megfelelő szabad hely megtalálása nehéz, külső tördelődés lép fel.  Fájl törlése után a méretének megfelelő számú blokk felszabadul.  Erre a helyre kisebb vagy egyenlő méretű fájl írható. Ugyan azokat az algoritmusokat használhatjuk, mint a memória foglalás során (First fit, Next fit, Best fit, Worst fit).  Növekvő fájlok: A Best fit allokációs stratégia különösen veszélyes. A fájl nagyobb szabad helyre másolása (erőforrás igényes). Dr. Bajalinov Erik


9


10

 Külső tördelődés csökkentése: Teljes másolás egy üres diszkre majd vissza (offline).Rendszerleállással jár. Hosszú ideig tart és erőforrás igényes. Futási idejű (on-line) töredezettség csökkentés (defragmentation). Példa

Dr. Bajalinov Erik


10


10

Linkelt (Linked, Láncolt) A könyvtárakat leíró adatstruktúrák tartalmazzák az első és az utolsó blokk azonosítóját.  Minden blokk tartalmazza a következő blokk azonosítóját  A fájlhoz tartozó blokkok tetszőleges helyen lehetnek a diszken. Nincs külső töredezettség.  Problémák: Szekvenciális fájl elérésre alkalmas, a fájlba indexelni viszont nehéz (pl. egy N-dik blokk direkt elérése esetén). A blokkokban lévő azonosítók helyet foglalnak. Sérülékeny (azonosítók fűzik a blokkokat össze). Sok pozicionálást (fejmozgás időigényes) okoz (seek művelet), a blokkok el vannak szórva a diszken. Pl. a FAT fájlrendszer ezt használja. Töredezettség mentesség ebben az esetben mást jelent: Dr. Bajalinov Erik


11


10

Cél a fejmozgás minimalizálása egy file olvasása során. A fájlok egymás utáni blokkokon történő tárolását tűzi ki célul. Ezt is defragmentation-nak hívják... Ilyen célból ajánlott időnként pl. a Windows operációs rendszerek alatt a töredezettség mentesítő programok futtatása. Jelentősen nőhet a fájlkezelés sebessége. Az írást is gyorsítja, nem csak az olvasást!

data

Dr. Bajalinov Erik


12


10

Indexelt (Indexed): Index blokkok használatán alapszik:

    

Egyes blokkokat (clusters) fájlokhoz tartozó indexek (blokk azonosító) tárolására kell használni. Szekvenciális és indexelt elérésre is alkalmas. Összetettebb és sérülékeny (az index blokkok sérülése a fájlt elérhetetlenné teszi). Az index blokkokat viszont könnyű többszörözni (replikálni). Sok fejmozgást okoz (seek művelet), a blokkok el vannak szórva a diszken.

Itt is lehet a láncolt listás töredezettség mentesítéshez hasonló algoritmusokat használni a fejmozgás minimalizálására.

Dr. Bajalinov Erik


13


10

Minden fájlnak van saját indexblokkja

Indexblokk

Indexblokk Fájl azonosító

Dr. Bajalinov Erik


14


10

Szabad hely kezelés (free‐space management)  Bit térkép / vektor (bitmap, bitvector). Diszk minden blokkjához egy-egy bitet rendelünk, a bit értéke mutatja az adott blokk foglaltságát  Láncolt lista (linked list). Láncolt lista a szabad blokkokról.  Szabad helyek csoportjainak listája (Grouping). Valamely kritérium alapján csoportosított blokkok listája. Pl. egy-egy cilinderhez/sávhoz tartozó szabad blokkok.  Egybefüggő szabad területek nyilvántartása (Space maps). Egymás mellett lévő szabad blokkok nyilvántartása.

Dr. Bajalinov Erik


15


10

Linked list

Dr. Bajalinov Erik

bitvektor


16


10

Directory implementáció A jegyzék maga is egy fájl, ami bejegyzéseket tartalmaz más fájlokról. A bejegyzésekben a fájlok attribútumait tárolhatjuk. Miután a jegyzék is fájl, blokkok tartoznak hozzá is. Blokkjain belül vannak a bejegyzések, ezek lehetnek állandó, vagy változó hosszúságúak. A bejegyzésekben az attribútumok között a legfontosabb a fájlnév. A bejegyzések struktúrája lehet:  Lineáris (vagy ’szekvenciális’) o nem rendezett bejegyzéseken alapszik, ezek a bejegyzések között nem foglalt bejegyzések is lehetnek (a törölt fájlokra); o rendezett, „hézagok” nélküli bejegyzéseken, ahol is gyorsabb keresési módszerek is megvalósíthatók;  Hash táblás: a szokásos szekvenciális bejegyzések mellett egy hash táblát is implementálnak, ami a gyorsabb keresést segíti. Dr. Bajalinov Erik


17


10

Hashing, hash tábla Egy olyan adatszerkezet, amely egy Hash függvény segítségével állapítja meg, hogy melyik kulcshoz milyen érték tartozik - így implementál egy érték-táblát (asszociatív tömb). A hash függvény segítségével a kulcsot leképezzük az adatokat tároló tömb egy adott indexére, ahol a keresett érték fellelhető. Ideális esetben minden értelmezett kulcsra egyedi hash-t állít elő a hashelő függvény, de ez a gyakorlatban ritkán megvalósítható - így számolnunk kell azzal, hogy két különböző kulcsra ugyanazt a hash-t kapjuk, és kezelnünk kell az ilyenkor fellépő hash ütközést (collision). Sok esetben a hash táblák teljesítménye elég magas, ezért széles körben használják asszociatív tömbök implementációjában, adatbázisok indexelésében, illetve a Cache memória felépítésében.

Dr. Bajalinov Erik


18


10

Helyreállítás Törölt fájlok, partíciók, mappák helyreállítása. Adatok biztonsági másolatainak készítése (Backup) és az alapján történő visszaállítás (Restore). Stratégiák: Fontos megjegyezni, hogy nincs olyan fájlrendszer, amely tökéletesen megfelelne mindenféle alkalmazáshoz. Minden fájlrendszernek vannak erősségei és gyengéi, amelyeket figyelembe kell venni. Emellett még a legkifinomultabb fájlrendszer sem helyettesíthet egy józan mentési stratégiát.

Dr. Bajalinov Erik


19


10

Alapvetően két fő típusa van a biztonsági mentéseknek (Backup). Az egyik (Rendszermentés) a rendszerprogramokat és a rendszer alapbeállításait menti, egy az eltávolítás után biztonságos helyen tárolható adathordozóra, a másik mentéstípus (Adatmentés) az adatok és az alkalmazások mentésére szolgál. A kettőt kombinálhatjuk is, de nem minden esetben érdemes. Jobb különválasztani az alapvető rendszerprogramokat és rendszerbeállításokat a felhasználói programoktól és adatterülettől. Az első típusba (Rendszermentés) tartozó biztonsági mentést akkor érdemes elkészíteni, amikor a rendszert először üzembe állítják, és perifériáit, hálózati és egyéb adatkapcsolatait már megfelelő módon beüzemelték. Ugyancsak e mentéskörbe tartozik a számítógép felhasználóinak adatbázisa és a Registry.

Dr. Bajalinov Erik


20

Fájl rendszer (implementáció) Fájl rendszer struktúra Allokációs módszerek Szabad hely kezelése Directory implementáció Helyreállítás

Recommend Documents